Concentratie broeikasgassen, 1980-2015

Concentraties broeikasgassen

Door de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer wordt er warmtestraling vanuit het aardoppervlak vastgehouden, wat mede het klimaat op aarde bepaalt. De belangrijkste gassen zijn waterdamp (H₂O), koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), ozon (O₃), distikstofoxide of lachgas (N₂O), en gehalogeneerde koolwaterstoffen (CFKs, HFKs, PFKs en SF₆). Daarnaast bevat de atmosfeer deeltjes of aerosolen, zoals sulfaat, roet en nitraat, welke ook invloed uitoefenen op het klimaat (IPCC, 2013). De concentratie van veel broeikasgassen en deeltjes wordt bepaald door zowel menselijk handelen als natuurlijke processen. Door menselijke activiteiten nemen de concentraties van veel van deze stoffen in de atmosfeer toe.

• Inleiding tot het broeikaseffect

Concentratie koolstofdioxide stijgt verder

De mondiaal gemiddelde concentratie van koolstofdioxide (CO₂) is in 2015 gestegen tot 400 ppm (deeltjes per miljoen luchtdeeltjes), in 2016 verder tot 403 ppm (NOAA, 2015; AGAGE, 2017). Daarmee is de concentratie bijna 5% hoger dan 10 jaar terug, en 45% boven het gemiddelde pre-industriële niveau (gemiddelde van periode 1750-1850). Het groeitempo in de jaren '90 bedroeg gemiddeld 1,5 ppm per jaar. Dit steeg in de periode 2000-2016 tot gemiddeld bijna 2,2 ppm per jaar. In het afgelopen jaar was de stijging 3,3 ppm, mede door een sterke El Nino en versterkt economische groei (Popkin, 2017).

De stijging van de CO₂ concentratie wordt grotendeels veroorzaakt door antropogene emissies, met name in China, de Verenigde Staten, Europa en India (IPCC, 2013; PBL, 2017b). CO₂ komt vooral vrij bij de verbranding van fossiele brandstoffen en bij de omvorming van bosgebieden naar landbouwgronden.

Methaanconcentratie meer dan dubbele dan voor de industrialisatie

Methaan (CH₄) is op twee na het belangrijkste broeikasgas (na CO₂ en waterdamp). De mondiaal gemiddelde CH₄ concentratie is in 2015 verder gestegen naar 1835 ppb (deeltjes per miljard luchtdeeltjes), ruim 10 ppb meer dan in 2014 (+0.6%), en ruim 60 ppb hoger dan in 2005 (+3,4%) (Dlugokencky, 2016). De concentratie is in 2015 ongeveer 2,5 keer zo hoog als de gemiddelde pre-industriële concentratie van circa 750 ppb. De stijging was beperkt in de periode 2000-2006, maar stijgt sindsdien weer met gemiddeld bijna 6 ppb per jaar. Het is nog niet precies duidelijk wat de oorzaken van deze fluctuaties zijn (IPCC, 2013).

CH₄ komt bij menselijk handelen vooral vrij als gevolg van veeteelt, rijstproductie, productie van kolen, olie en gas en van afval (vuilstortplaatsen en afvalwater). Daarnaast zijn er nog natuurlijk processen zoals methaan uit wetlands in arctische gebieden (Dlugokencky et al., 2009).

Concentratie distikstofoxide neemt verder toe

De mondiaal gemiddelde distikstofoxide of lachgas (N₂O) concentratie kwam in 2015 gemiddeld uit op 328 ppb. Dat is een stijging van bijna 3% (+8,5 ppb) tov 2005 en ruim 20% boven het gemiddelde pre-industriële niveau (gemiddelde van periode 1750-1850).

Distikstofoxide komt vooral vrij door landbouwactiviteiten, waaronder de productie en het gebruik van dierlijke mest en het gebruik van kunstmest.

Trend in concentraties fluorhoudende broeikasgassen varieert

Een laatste categorie van broeikasgassen is die van fluorhoudende gassen zoals chloor-fluor-koolwaterstoffen (CFK's), zwavelhexafluoride (SF6), gehalogeneerde fluorkoolwaterstoffen (HFK), en perfluorkoolwaterstoffen (PFK's). Van nature komen de meeste van deze gassen niet voor in de atmosfeer. Zij komen vrij bij verschillende industriële productieprocessen en producten. Voorbeelden zijn het gebruik en de productie van koelvloeistoffen (bijvoorbeeld HFK-134a wordt voornamelijk gebruikt als koelmiddel in airconditioners van auto's) en elektrische isolatoren in hoogspanningsleidingen (bij hun productie komt bijvoorbeeld SF6 vrij). Fluorhoudende gassen hebben in het algemeen een sterke broeikaswerking. Beleidsmatig vallen sommige van deze gassen (bijvoorbeeld CFKs, HCFKs en CH3CCl3) onder het Montrealprotocol (om de ozonlaag te beschermen, UNEP, 1987), andere onder het klimaatverdrag.

De concentratie in de atmosfeer van de CFKs daalt langzaam verder in de afgelopen jaren. Hun bijdrage aan het versterkte broeikaseffect was 11% rond 1990, nu 9%. Belangrijke CFKs zijn CFK-11 en CFK-12. Hun concentratie is in 2015 respectievelijk 7% en 4% gedaald ten opzichte van omstreeks 2005 (AGAGE, 2016).

De concentratie van HCFK's -chloorfluorkoolwaterstoffen die ook waterstof H bevatten - neemt juist wel toe (AGAGE, 2015). De concentratie hiervan is met 35% (HCFK-141) tot 40% (HCFK-22) gestegen ten opzichte van het jaar 2005. Hun bijdrage aan het klimaateffect is echter nog vrij gering. HCFK's worden relatief snel afgebroken in de atmosfeer in vergelijking met CFK's, waardoor de bijdrage aan het toekomstig klimaat naar verwachting ook beperkt zal zijn.

• Concentratie ozonlaagafbrekende stoffen, 1978-2021

Andere fluorbevattende broeikasgassen zijn HFK's, PFK's en SF6. Zij breken de ozonlaag niet af en vallen onder het klimaatverdrag. De concentraties van deze broeikasgassen vertonen een stijgende lijn (NOAA, 2015). Hun totale bijdrage aan de broeikaswerking is nu nog maar 1%. Maar naar verwachting zal dit toenemen, ook omdat de levensduur van sommige gassen zeer lang (>1000 jaar) is.

• De groep van de HFK's laat in het algemeen een stijgende concentratie in de atmosfeer zien. Deze stoffen worden nu veelal gebruikt als vervangers van de CFKs, omdat de HFKs geen effect op de ozonlaag hebben.
• HFK-134a is een belangrijke fluorkoolwaterstof, waarvan de concentratie aan het stijgen is. De concentratie ervan kwam in 2015 uit op ruim 83 ppt, een stijging van ruim 7% ten opzichte van 2014, en ruim een verdubbeling ten opzichte van jaar 2005.
• De concentratie van HFK-23 bereikte in 2015 een niveau van 28 ppt. Dit is een stijging van 4% (=1 ppt) ten opzichte van het jaar daarvoor, en plus 56% (ruim 10 ppt) ten opzichte van het jaar 2005.
• HFKs die pas na het jaar 2000 op zijn gekomen zijn HFK-32, HFK-125 en HFK-143a. Hun concentraties hebben in 2015 een niveau bereikt van respectievelijk 9, 16 en 16 ppt. Ten opzichte van 2005 is dit een stijging van respectievelijk 10, 15 en 12 ppt, ten opzichte van 2014 van respectievelijk 1,7 2,4 en 1,5 ppt
• De concentraties van de perfluorkoolwaterstoffen (PFK's) CF₄, en C₂F₆ nemen in de laatste jaren minder toe. De mondiaal gemiddelde concentratie van CF₄ bedroeg in 2015 ongeveer 82 ppt, een stijging van minder dan 1% ten opzichte van 2014, terwijl de jaarlijkse stijging rond 2005 ruim het dubbele was (sindsdien ruim 7 ppt gestegen). De concentratie in 2015 van C₂F₆ steeg ten opzichte van 2014 met ongeveer 2% (nu 4,5 ppt), terwijl de jaarlijkse toename rond het jaar 2005 ongeveer 4% was (+0,8 ppt).
• In 2015 bedroeg de mondiaal gemiddelde concentratie van zwavelhexafluoride (SF₆) 8,6 ppt, wat een stijging is van 0,3 ppt en 2,9 ppt ten opzichte van 2014 en 2005, respectievelijk.

Klimaatverdrag en na te streven concentraties in de atmosfeer

Het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties (UNFCCC, 1993; Rio de Janeiro) heeft als doel om de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer te stabiliseren op een niveau waarbij een gevaarlijke beïnvloeding van het klimaat door menselijk handelen wordt vermeden. Deze 'gevaarlijke beïnvloeding van het klimaat' is eind 2015 in Parijs vertaald naar opwarming van de aarde tot maximaal 2 graden ten opzichte van pre-industrieel, met 1,5 graad als streefwaarde (UNFCCC, 2015). Om dit te bereiken moeten de mondiale emissies van broeikasgassen sterk worden gereduceerd.

Het Kyoto Protocol uit 1997 (UNFCCC, 1997; Kyoto), was hier een eerstebescheiden aanzet toe. De gassen koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), lachgas (N₂O), HFKs, PFKs en SF₆ vallen onder het Kyoto protocol. In Parijs is hier een vervolg op gegeven door scherpere doelstellingen op lange termijn te formuleren (UNFCC, 2015).

• Klimaatverandering: beleid ter vermindering van broeikasgasemissies

Diverse studies hebben het 1,5°C en 2°C graden doel vertaald naar niveaus waarop de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer zouden moeten stabiliseren (Van Vuuren et al, 2011; IPCC, 2014; PBL, 2017). Voor het 2°C doel geven deze studies een 67% kans van slagen als de concentratie van alle broeikasgassen - inclusief ozon, waterdamp en aerosolen - stabiliseert op maximaal 480 ppm CO2 equivalenten, ca. 50% bij een stabilisatie tussen de 480-530 ppm CO2 equivalenten, en minder dan 33% bij een stabilisatie 530 ppm ppm CO2 equivalenten of meer (IPCC, 2014).